色散型原子熒光光譜儀的光學系統由激發光源、原子化器、單色器及接收放大器組成。
色散系統對分辨能力要求不高，但要求有較大的集光本領，常用的色散元件是光柵。為了提高原子熒光輻射強度，通常在激發光源的入射光路采取一系列措施，如采用全反射裝置、雙橢圓反射鏡和卡塞格倫反射鏡系統等。由于原子熒光輻射強度比較弱、譜線少，因而要求單色器有很強的集光本領（較大的相對口徑），并不要求很高的分辨率，因此采用200～300mm焦距的單色器即可滿足要求。
儀器所對的立體角要求大些，在各波段范圍（特別是在波長較短的紫外波段）光損失要低。這些光柵單色器的大多數是按切爾尼一圖爾內裝置制作的。通過入射狹縫的光東，由準光鏡反射至光柵上，光柵的衍射光束用一反射鏡聚焦在出射狹縫上。在商品儀器中。這種裝置的慧差和像散性可以保特在允許的限度內。